(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の特性Ｘ線を含むＸ線を微小焦点より放射する、Ｘ線源と、
前記所定の特性Ｘ線に対応し、前記微小焦点から遠ざかるほど格子間隔が大きくなる傾斜格子面間隔の多層膜ミラーを含むとともに、該多層膜ミラーが反射するＸ線を試料へ入射させる、光学系と、
前記試料より発生する回折Ｘ線を検出する、Ｘ線検出器と、
を備える、Ｘ線トポグラフィ装置であって、
前記多層膜ミラーは断面が放物線となる複数の湾曲反射面を有し、前記複数の湾曲反射面は共通の焦点を有し、前記共通の焦点に前記Ｘ線源の前記微小焦点が配置されることにより前記所定の特性Ｘ線の扇形ビームが形成される、
ことを特徴とする、Ｘ線トポグラフィ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線トポグラフィ装置であって、
前記Ｘ線源及び前記光学系が配置されるとともに、前記試料に対して回転移動をする、回転駆動系を、さらに備え、
前記回転駆動系は、透過測定をするための透過配置と、反射測定をするための反射配置とのいずれかを選択して、前記Ｘ線源及び前記光学系を移動させ、さらに、選択される配置において、前記Ｘ線が前記試料に対して所望の回折条件を満たすよう、前記Ｘ線源及び前記光学系を移動させる、
ことを特徴とする、Ｘ線トポグラフィ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＸ線トポグラフィ装置であって、
前記光学系は、前記多層膜ミラーと前記試料の間に配置されるとともに、前記所定の特性Ｘ線の波長に対応する、単結晶モノクロメータを、さらに備える、
ことを特徴とする、Ｘ線トポグラフィ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線トポグラフィ装置であって、
前記多層膜ミラーの表面精度は１０ａｒｃｓｅｃ以下である、
ことを特徴とする、Ｘ線トポグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線トポグラフィ装置に関し、特に、多層膜ミラーを用いるＸ線トポグラフィ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線トポグラフィ装置は、通常の光学的手段では見ることが困難である、単結晶中の転位や析出などの様々な結晶欠陥を、Ｘ線回折像として観察する装置である。面間隔ｄを持つ格子面が入射Ｘ線の波長λに対して、ブラッグ条件２ｄ・ｓｉｎθｎ＝ｎλを満たすように試料結晶が配置されるときに、回折現象が発生する。この入射Ｘ線の照射範囲に、上記欠陥が存在していると、当該欠陥部分と、それ以外の部分との間で、Ｘ線回折像の強度に差が生じ、これを検出器が検出することにより得られるＸ線回折像が、Ｘ線トポグラフ像である。
【０００３】
Ｘ線トポグラフィ装置には、ラング法、ベルクバレット法、２結晶法などが用いられる。ラング法は、透過配置で撮影し、結晶内部の欠陥分布を調べる方法であり、現在最も広く用いられている。ベルクバレット法は、反射配置で撮影することにより、結晶表面の結晶観察を調べる方法である。また、２結晶法は、Ｘ線源が出射するＸ線を、第１結晶で回折させることにより、単色・平行化したＸ線ビームを、第２結晶である試料結晶に入射させる方法である。従来のＸ線トポグラフィ装置では、Ｘ線源を点Ｘ線源とみなすことが出来る微小焦点のＸ線源を用い、Ｘ線源と試料の間に、スリットを配置することとにより、試料に入射するＸ線の発散角を制限し、ほぼ平行なＸ線としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実公昭４９−４４１５１号公報
【特許文献２】実公昭５０−２４２３２号公報
【特許文献３】特開２００８−８２９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スリットを用いることにより、試料に入射するＸ線をほぼ平行なＸ線とすることが出来るが、ほぼ平行なＸ線とみなせる程度にＸ線の発散角を制限するために、スリット幅を所定の幅に狭くする必要が生じ、試料に入射する入射Ｘ線の照射範囲は限定されてしまう。また、Ｘ線源とスリットの間に所定の距離をおく必要があり、入射Ｘ線の輝度も低下してしまう。
【０００６】
Ｘ線源において、対陰極に用いるターゲット（金属）に特有の連続Ｘ線及び特性Ｘ線が発生する。例えば、所望の特性Ｘ線を入射Ｘ線に用いて回折現象を生じさせようとする場合に、他のＸ線が試料に入射して回折現象が生じることはより正確なＸ線トポグラフ像を撮影するためには望ましくない。入射Ｘ線に連続Ｘ線の成分が含まれる場合には、連続Ｘ線のラウエ回折によるバックグランドの影響を撮影されるＸ線トポグラフ像が受けてしまうからである。また、僅かに波長が異なる他の特性Ｘ線が試料に入射すると、当該他の特性Ｘ線によるＸ線回折像が撮影されるＸ線トポグラフ像に含まれてしまう。従来のラング法を用いる場合は、所望の特性Ｘ線（例えば、Ｋα１）を、他の特性Ｘ線（例えば、Ｋα２）と分離するために、試料の近傍に縦長形状のスリットを配置して、他の特性Ｘ線からの回折像が映り込まないようにしなければならない。
【０００７】
従来、所望の特性Ｘ線を他の特性Ｘ線と分離する様々な技術が用いられている。特許文献１及び特許文献２には、湾曲分光結晶を用いたラング法Ｘ線回折カメラが開示されている。特許文献１及び特許文献２では、Ｘ線源より発生するＸ線の一部が湾曲分光結晶に入射して、湾曲分光結晶により焦点を結ぶよう収斂されることにより、所望の特性Ｘ線を他のＸ線と分離している。
【０００８】
特許文献１では、特性Ｘ線Ｋα１が焦点を結ぶ位置に第１のスリット（スリット３）が設けられ、特性Ｘ線Ｋα１は第１のスリットを通過して、試料へ入射する。これに対して、僅かに波長が異なる特性Ｘ線Ｋα２は、第１のスリット側方となる場所に焦点を結ぶので、特性Ｘ線Ｋα２は第１のスリットにブロックされ、試料へは進行しない。また、さらに波長が異なる他のＸ線は、湾曲分光結晶に吸収されるか又は散乱されるので、試料へは進行しない。このようにして、特性Ｘ線Ｋα１は他のＸ線から分離されるが、特性Ｘ線Ｋα１は第１のスリットを通過後、当該焦点から発散して広がっている。試料の手前に第２のスリット（スリット５）が配置され、第２のスリットにより特性Ｘ線Ｋα１の発散角を所定の範囲に制限している。ここで、ほぼ平行なＸ線である必要はなく、発散角を所定の範囲とするよう、第２のスリットのスリット幅を広くすることが出来、試料に入射する入射Ｘ線の照射範囲を広くすることが出来る。当該Ｘ線回折カメラは、試料に入射する特性Ｘ線Ｋα１が所定の範囲の発散角を有していることにより、試料が多少湾曲している場合でも全面の撮影を行うことが出来る。しかし、このような方法によって、Ｘ線を単色化すると、入射する特性Ｘ線Ｋα１が発散していることにより、入射する特性Ｘ線Ｋα１の一部のみが回折に寄与することとなり、Ｘ線感光板上でのＸ線の輝度は非常に弱くなってしまい、測定時間の増大を生じるという問題がある。
【０００９】
特許文献２では、特性Ｘ線Ｋα１が焦点を結ぶ位置に試料を配置し、試料の手前に第１のスリット（スリット６）が設けられている。特許文献１と同様に、第１のスリットにより、特性Ｘ線Ｋα１を他のＸ線から分離している。Ｘ線感光板７の手前に第２のスリット（スリット８）を設けることにより、画像品質がより高いＸ線トポグラフ像を撮影し得る。しかし、当該Ｘ線回折カメラは、特性Ｘ線Ｋα１が焦点を結ぶ位置に試料を配置しているので、入射するＸ線の照射範囲が限定されてしまうという問題が生じてしまう。当該Ｘ線回折カメラは、試料内部を焦点位置として、入射する特性Ｘ線Ｋα１が当該焦点に収斂していることにより、試料が多少湾曲している場合でも全面の撮影を行うことが出来る。しかし、この場合も、特許文献１の場合と同様に、Ｘ線感光板上でのＸ線の輝度が非常に弱くなってしまうという問題がある。
【００１０】
特許文献１又は特許文献２に係るラング法Ｘ線回折カメラでは、湾曲分光結晶によって、Ｘ線を焦点に一度収斂しているので、試料に入射するＸ線の照射範囲を広くとり、かつ、その範囲で同時に回折を生じさせるための条件を満たすことは困難である。また、特許文献１又は特許文献２に係る技術では、試料の前にスリットを設けているので、かかる技術は、ベルクバレット法には適用できないか、適用するには大きな制限がかかる。
【００１１】
特許文献３には、２結晶法Ｘ線トポグラフィ装置の改良技術が開示されている。第１結晶１と第２結晶２とを、安定性に優れた定盤３上に配置し、Ｘ線源５をスリット６とともに移動可能な走査台７に配置して、定盤３と走査台７との間に、機械的絶縁処理を施すことにより、安定的な走査を可能としている。当該Ｘ線トポグラフィ装置において、第１結晶とＸ線源の間にはスリットが配置されており、第１結晶に入射するＸ線の発散角を制限している。スリット６を用いることにより、第１結晶１に入射するＸ線の輝度が低下してしまう。スリットの透過後に、第１結晶１によって単色化・平行化しているので、試料である第２結晶２に入射する入射Ｘ線の輝度はさらに低下したものとなる。また、スリット６は、ほぼ平行なＸ線とみなせる程度にＸ線の発散角を制限するために設けられており、Ｘ線源５より所定の距離に離間して配置しなければならないにもかかわらず、Ｘ線源５とスリット６を走査台７に配置する必要があり、装置の規模拡大と設計の自由度の制限を招くこととなる。
【００１２】
本発明は、かかる課題を鑑みてなされたものであり、試料に入射させる所望の特性Ｘ線をＸ線源が放射するＸ線より分離させるとともに、試料に入射し回折に寄与する当該所望の特性Ｘ線の照射範囲を広くすることができるＸ線トポグラフィ装置の提供を本発明の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）上記課題を解決するために、本発明に係るＸ線トポグラフィ装置は、所定の特性Ｘ線を含むＸ線を微小焦点より放射する、Ｘ線源と、前記所定の特性Ｘ線に対応する傾斜格子面間隔の多層膜ミラーを含むとともに、該多層膜ミラーが反射するＸ線を試料へ入射させる、光学系と、前記試料より発生する回折Ｘ線を検出する、Ｘ線検出器と、を備える、Ｘ線トポグラフィ装置であって、前記多層膜ミラーは断面が放物線となる湾曲反射面を有し、前記湾曲反射面の焦点に前記点Ｘ線源の前記微小焦点が配置される、ことを特徴とする。
【００１４】
（２）上記（１）に記載のＸ線トポグラフィ装置であって、前記Ｘ線源及び前記光学系が配置されるとともに、前記試料に対して回転移動をする、回転駆動系を、さらに備え、前記回転駆動系は、透過測定をするための透過配置と、反射測定をするための反射配置とのいずれかを選択して、前記Ｘ線源及び前記光学系を移動させ、さらに、選択される配置において、前記Ｘ線が前記試料に対して所望の回折条件を満たすよう、前記Ｘ線源及び前記光学系を移動させてもよい。
【００１５】
（３）上記（１）又は（２）に記載のＸ線トポグラフィ装置であって、前記光学系は、前記多層膜ミラーと前記試料の間に配置されるとともに、前記所定の特性Ｘ線の波長に対応する、単結晶モノクロメータを、さらに備えていてもよい。
【００１６】
（４）上記（１）乃至（３）に記載のＸ線トポグラフィ装置であって、前記多層膜ミラーの表面精度は１０ａｒｃｓｅｃ以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、試料に入射させる所望の特性Ｘ線をＸ線源が発生するＸ線より分離させるとともに、試料に入射し回折に寄与する当該所望の特性Ｘ線の照射範囲を広くすることができるＸ線トポグラフィ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置の構造を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る多層膜ミラーの構造を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る多層膜ミラーの構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下に示す図は、あくまで、当該実施形態の実施例を説明するものであって、図に示す縮尺と実施例記載の縮尺は必ずしも一致するものではない。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置１の構造を示す模式図である。当該実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置１は、所定の特性Ｘ線を含むＸ線を放射するＸ線源２と、多層膜ミラー３を含むとともに多層膜ミラー３が反射するＸ線を試料１００へ入射させる光学系４と、試料１００を支持する試料台５と、試料１００より発生する回折Ｘ線を検出するＸ線検出器６と、Ｘ線源２及び光学系４が配置されるとともに試料１００に対して角度移動する第１回転駆動系７と、Ｘ線検出器６が配置されるとともに試料１００に対して角度移動する第２回転駆動系８と、Ｘ線トポグラフ測定を制御するとともに測定データの解析を行う制御解析部９と、を備えている。なお、試料１００とは単結晶試料である。
【００２１】
当該実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置１の特徴は、Ｘ線源２が、点Ｘ線源とみなすことが出来る微小焦点のＸ線源であり、Ｘ線源２が放射するＸ線を多層膜ミラー３が単色化・平行化していることにある。多層膜ミラー３によって、単色化・平行化されたＸ線を試料へ入射させることが実現され、幾何学的なスリットを用いることなく、所望の特性Ｘ線によるＸ線回折像（トポグラフ像）を撮影することが可能となる。
【００２２】
以下、当該実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置１の構成について説明する。
【００２３】
Ｘ線源２は、Ｃｕ（銅）又はＭｏ（モリブデン）などの金属をターゲットとして用いている。フィラメントより放出される電子をターゲットに衝突させ、電子がターゲットに衝突する領域から全方向へＸ線が放射される。Ｘ線源２が放射するＸ線に、ターゲットに用いる金属特有の特性Ｘ線（例えばＣｕＫα１又はＭｏＫα１）が含まれる。フィラメントの形状により当該領域の形状が決定されるが、当該領域は微小焦点であり。微小焦点が十分に小さいことにより、実質的にＸ線源２を点Ｘ線源とみなすことが出来る。ここで、Ｘ線源２は、ターゲットにＣｕを用いる場合も、ターゲットにＭｏを用いる場合も、微小焦点は直径０．０７ｍｍの円形状である。微小焦点は、この大きさに限定されることはなく、所定のＸ線トポグラフ像の解像度が得られる程度に小さければよく、例えば、微小焦点の大きさは（縦方向及び横方向とも）は、０．３ｍｍ以下あれば利用可能である。なお、微小焦点の大きさは、望ましくは０．２ｍｍ以下、さらに望ましくは０．１ｍｍ以下である。また、Ｘ線源２のターゲットに、Ｃｕ又はＭｏを用いているが、ターゲットに用いる金属はこれに限定されることはなく、試料となる結晶に応じて適用すればよく、例えば、Ｃｒ（クロム），Ｒｈ（ロジウム），Ａｇ（銀）などであってもよい。
【００２４】
図２は、当該実施形態に係る多層膜ミラー３の構造を示す模式図である。図２（ａ）は、多層膜ミラー３の断面図である。多層膜ミラー３は、Ｓｉ（シリコン）からなる基板２１の表面に多層膜２２が積層されたものである。多層膜２２が湾曲反射面となっており、湾曲反射面の断面は放物線である。湾曲反射面は、当該断面の面内において、回折が生じるので、当該断面を含む面が回折面となっている。湾曲反射面は、当該回折面に垂直な方向（図２の手前から奥へ貫く方向）には、当該放物線の形状を維持して延びる曲面である。かかる形状を放物面と呼んでもよい。湾曲反射面は焦点Ｐを有しており、焦点ＰにＸ線源２の微小焦点を配置すると、多層膜ミラー３が反射するＸ線は回折面内において平行なＸ線となり、これを指して、平行化と呼んでいる。ここでは、例えば、１〜３ｍｍ幅の平行なＸ線となっている。なお、ここでは平行なＸ線としているが、実際には、Ｘ線トポグラフ像に所望の解像度が得られる程度に発散（収斂）が抑制されていればよい。ここで、平行度は０．５ｍｒａｄとなっているが、２ｍｒａｄ以下が望ましく、１ｍｒａｄ以下がさらに望ましい。図２（ｂ）は、多層膜ミラー３の多層膜２２の断面を示す模式図である。多層膜２２では、重元素層２３と軽元素層２４とが交互に繰り返されて積層されている。ここで、重元素層２３はタングステン（Ｗ）で形成され、軽元素層２４はＳｉで形成されているが、これに限定されることはなく、所望の特性Ｘ線に応じて適用すればよく、例えば、重元素層２３及び軽元素層２４が、Ｆｅ（鉄）及びＣ（炭素）、Ｎｉ（ニッケル）及びＣ、Ｗ及びＢ４Ｃ（炭化ホウ素）、Ｍｏ及びＳｉなどの組み合わせから選択してもよい。
【００２５】
隣り合う２対の層の間隔を多層間隔ｄとする。多層間隔ｄとは、例えば、隣り合う２層の重元素層２３の上表面それぞれとの間の距離である。多層膜２２において、入射側から反射側へ進行するのに伴って、すなわち、図２（ｂ）に示す断面の左側から右側にかけて（図の横方向に）、多層間隔ｄは徐々に変化している。多層膜２２の多層間隔ｄは、図に示す断面の左端ではｄ１であり右端ではｄ２であり、多層間隔ｄは図の左側から右側にかけて大きくなっており、ｄ２はｄ１より大きい（ｄ１＜ｄ２）である。Ｘ線回折の観点から言えば、多層間隔ｄは結晶の格子面間隔に相当し、多層間隔ｄが場所によって変化する多層膜は、「傾斜格子面間隔」の多層膜と呼ばれている。多層膜２２の各位置における多層間隔ｄは、湾曲反射面の形状と、反射させるＸ線の波長と、によって決定される。すなわち、多層膜２２は、特性Ｘ線の波長に対応する格子面間隔を有しており、多層膜２２は、湾曲反射面に応じて図の横方向に格子面間隔が傾斜して変化している。理想的には、各々の重元素層２３の上表面の断面が焦点Ｐを焦点とする放物線となっているのが望ましい。多層膜２２が当該傾斜格子面間隔を有していることにより、当該特性Ｘ線を含むＸ線が多層膜ミラー３に入射する場合、当該特性Ｘ線は選択的に反射されるが、他のＸ線のほとんどが、多層膜ミラー３に吸収される。これを指して、単色化と呼んでいる。それゆえ、図２（ｂ）の平行なＸ線の前方に試料を配置すると、試料に入射するＸ線は、ほぼ当該特性Ｘ線のみであり、他のＸ線の強度は極めて減衰されている。
【００２６】
なお、当該実施形態では、多層膜ミラー３の湾曲反射面は、回折面に垂直な方向には、当該放物線の形状が維持されているとしたが、これに限定されることはない。回折面に垂直な方向にも当該放物線の形状が変化して延びる曲面であってもよい。特に、多層膜ミラー３の湾曲反射面が、放物線の回転体の側面の一部である場合、多層膜ミラー３で反射されるＸ線は、図２に示す断面に垂直な方向に対しても平行化が実現される。この場合、Ｘ線源２及び光学系３と、試料１００との距離は、高い自由度で設定することが出来、より高い位置分解能を持つトポグラフィ装置が実現される。
【００２７】
図３は、当該実施形態に係る多層膜ミラー３の構造を示す模式図であり、図２（ａ）を立体的に表しており、Ｘ線源２と多層膜ミラー３が模式的に表されている。Ｘ線源２が放射するＸ線が、多層膜ミラー３へ入射する。多層膜ミラー３で反射されるＸ線は、前述の通り、所望の特性Ｘ線のみであり単色化されている。そして、図２（ｂ）に示す断面内（回折面内）では多層膜ミラー３によって、平行なＸ線となっており平行化されている。断面（回折面）に直交する方向（図３のｙ方向）には、Ｘ線源２から放射されるＸ線の発散をともなって、そのまま発散Ｘ線となっている。すなわち、多層膜ミラー３で反射されるＸ線は、回折面内では平行に、回折面に直交する方向（ｙ方向）では発散しており、これを扇形ビームと呼ぶことにする。所望の特性Ｘ線の扇形ビームが試料１００へ入射する。よって、スリットを用いる従来技術と異なり、幾何学的なスリットを使うことなく、所望の特性Ｘ線を広い面積にわたって試料１００へ入射させることが実現している。なお、図３には、試料１００の照射領域ＩＸが模式的に表されている。試料１００の照射領域ＩＸのｘ方向の長さを、照射領域ＩＸに入射する扇形ビームの幅と、照射領域ＩＸのｙ方向の長さを、扇形ビームの高さと呼ぶことにする。
【００２８】
図１に示す試料台５は、試料１００を支持しているとともに、移動機構を備えており、試料１００を移動させることにより、入射するＸ線の照射位置を調整することが出来る。ここで、移動機構とは、例えばＸＹ方向の平面移動及び回転移動が可能なステージであり、試料１００を所望の方向に移動させることにより、試料１００を走査しながら試料１００の測定領域全体のＸ線トポグラフ像を撮影することが可能となる。ここで、試料台５は、透過用（ラング法）と反射用（２結晶法・ベルクバレット法）の両方に対応しており、後述する通り、Ｘ線源２及びＸ線検出器６の配置によって、透過用又は反射用のいずれかを選択して、Ｘ線トポグラフ像を撮影することが可能である。
【００２９】
多層膜ミラー３から出射されるＸ線は、ある程度の単色化がされているが、多くの場合、波長差がわずかな特性Ｘ線、例えば、Ｋα１線とＫα２線とを同時に含んでいる。しかし、出射されるＸ線の平行化が十分になされており（例えば、１ｍｒａｄ以下）、単結晶である試料１００によって、所望の特性Ｘ線（例えば、Ｋα１線）のみが回折条件を満たし、それによる鮮明なトポグラフ像が得られるよう、試料１００に対する入射するＸ線の角度を調整する。第１回転駆動系７が回転移動することにより、光学系４より試料１００に入射するＸ線の角度が調整される。
【００３０】
図１に示すＸ線検出器６は、例えば、２次元ＣＣＤカメラであり、Ｘ線トポグラフ像を検出（撮影）することが出来る。Ｘ線検出器６は、２次元ＣＣＤカメラに限定されることはなく、Ｘ線トポグラフ像を撮影することができる検出器であればよく、例えば、Ｘ線フィルムやイメージングプレートなどであってもよい。
【００３１】
図１に示す第１回転駆動系７では、多層膜ミラー３の湾曲反射面の焦点にＸ線源２の微小焦点が配置されおり、さらに、光学系４が多層膜ミラー３で反射されたＸ線が試料１００に照射されるよう調整されている。第１回転駆動系７は試料１００に対して回転移動することにより、透過用又は反射用のいずれのＸ線トポグラフの撮影に適した角度配置に、Ｘ線源２及び光学系４を移動させることが出来、さらに、測定の目的に応じて、試料に１００に照射されるＸ線が試料１００に対して所望の回折条件を満たすように、Ｘ線源２及び光学系４の角度配置を走査又は移動させることが出来る。すなわち、第１回転駆動系７は、透過測定するための透過配置と、反射測定をするための反射配置とのいずれかを選択して、Ｘ線源２及び光学系４を移動させることが出来る。なお、図１には、反射用測定に適した配置が範囲Ａとして、透過用測定に適した配置が範囲Ｂとして、表されている。
【００３２】
図１に示す第２回転駆動系８では、Ｘ線検出器６が配置され、試料１００より発生する回折Ｘ線の検出に適する位置となるよう調整されている。第２回転駆動系８は、試料１００に対して回転移動することが出来、測定の目的に応じて、Ｘ線検出器６の角度配置を走査又は移動させることが出来る。
【００３３】
図１に示す制御解析部９は、Ｘ線トポグラフ測定の制御を行うとともに、得られた測定データの解析を行う。Ｘ線トポグラフ測定において、制御解析部９は、第１回転駆動系７及び第２回転駆動系８を移動させ、Ｘ線源２に所定のＸ線を放射するよう制御し、試料１００の測定領域全体を走査するために測定中に試料台５を順に移動させ、Ｘ線検出器６に試料１００より発生する回折Ｘ線を検出させ、Ｘ線検出器６より測定データを取得し、記憶する。Ｘ線トポグラフのデータ解析において、制御解析部９は、記憶される測定データを合成することにより、試料１００の測定領域全体のＸ線トポグラフ像を生成する。
【００３４】
本発明に係るＸ線トポグラフィ装置では、幾何学的スリットを用いることなく、試料に入射する入射Ｘ線に、所望の特性Ｘ線（単色Ｘ線）の扇形ビーム（平行化されたＸ線）を用いることが実現されている。入射Ｘ線が扇形ビームであることにより、多層膜ミラーと試料との間の距離に依らず、扇形ビームの幅（図３のｘ方向の長さ）はほぼ一定に保たれる。よって、多層膜ミラーの長さ（図２に示す断面の左端から右端の長さ）を長くすることにより、扇形ビームの幅を大きくすることが出来、試料１００に入射する入射Ｘ線の照射範囲の幅を大きくすることが出来る。また、扇形ビームは、高さ方向（回折面に直交する方向）には発散しており、多層膜ミラーと試料との間の距離を大きくすることにより、扇形ビームの高さ（図３のｙ方向の長さ）はより大きくすることが出来、試料に入射する入射Ｘ線の照射範囲の高さを大きくすることが出来る。よって、従来と比較して、一度に撮影するＸ線トポグラフ像の範囲を広くすることが出来ており、試料の測定範囲全体の測定時間を短縮することが出来る。なお、多層膜ミラーと試料との間の距離を大きくすると、それに伴って試料に入射する入射Ｘ線の輝度が低下するので、Ｘ線源の出力を鑑みて、入射Ｘ線に所望の輝度を確保しつつ入射Ｘ線の照射範囲を大きく出来るよう、多層膜ミラーと試料との距離を定めればよい。
【００３５】
また、多層膜ミラーを用いて単色化・平行化していることにより、試料に入射する入射Ｘ線は、特性Ｘ線Ｋα（例えば、ＣｕＫαやＭｏＫα）を他のＸ線から分離して単色化しているだけでなく、試料１００による回折により特性Ｘ線Ｋα１と特性Ｘ線Ｋα２とが十分に分離されるのに十分な程度に平行度を有している（発散が抑制されている）。例えば、当該実施例で用いている多層膜ミラー３からのＸ線の平行度は０．５ｍｒａｄである。多層膜ミラーによる単色化・平行化により、当該Ｘ線トポグラフィ装置１で撮影されるＸ線トポグラフ像は、例えば、特性Ｘ線Ｋα１のみによる滲みのないＸ線トポグラフ像となっている。さらに、当該Ｘ線トポグラフ像は、従来のラング法と比較して、試料に入射する入射Ｘ線に含まれる連続Ｘ線の成分が十分に減衰されているので、連続Ｘ線のラウエ回折によるバッグラウンドの影響をほとんど受けていないＸ線トポグラフ像を得ることが可能である。
【００３６】
従来のＸ線トポグラフィ装置では、幾何学的なスリットを用いる必要があり、装置設計の自由度はスリットの配置により限定されている。これに対して、本発明に係るＸ線トポグラフィ装置１では、幾何学的なスリットを用いておらず、装置設計の自由度は高まっている。例えば、図１に示す通り、当該実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置１では、第１回転駆動系７がＸ線源２及び光学系４を透過用又は反射用の配置に移動させることが出来る。さらに、第１回転駆動系７が、前記Ｘ線が前記試料に対して所望の回折条件を満たすよう、前記Ｘ線源及び前記光学系を移動させることが出来る。従来のラング法Ｘ線トポグラフィ装置では、試料の近傍にスリットが配置されており、Ｘ線源の移動とともに、これらスリットなどの光学部品を移動させることは非常に困難であり、本発明は顕著な効果を奏している。
【００３７】
本発明に係るＸ線トポグラフィ装置に用いられる多層膜ミラーは、表面精度が高いものが望ましい。当該実施形態に係る多層膜ミラー３において、表面精度（Figure Error）が４秒（ａｒｃｓｅｃ）（＝４／３６００度）であり、表面精度が１０秒以下の多層膜ミラーが望ましく、表面精度が５秒以下であるとなお望ましい。ここで、表面精度とは、多層膜ミラーの理想的な表面に対して実際の表面は傾斜しており、傾斜が最も大きい（急峻）である部分の傾斜角δで定義される。多層膜ミラーの表面精度が悪いと、測定されるＸ線トポグラフ像に、多層膜ミラーの不完全さが重畳されることとなり、Ｘ線トポグラフ像が示す欠陥像が、試料の格子欠陥に起因するか、多層膜ミラーの表面に起因するか、区別をつけるのは困難となる。これに対して、表面精度の高い多層膜ミラーを用いることにより、より正確なＸ線トポグラフ像を得ることが出来る。
【００３８】
また、当該実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置１の光学系４は、単結晶モノクロメータをさらに備えてもよい。単結晶モノクロメータは、図１に示す多層膜ミラー３より、光学系４の出射端側に配置される。すなわち、単結晶モノクロメータは、多層膜ミラー３と試料１００との間に配置される。所定の特性Ｘ線の波長に対応する、単結晶モノクロメータを配置する（２結晶法）ことにより、試料１００に入射するＸ線の平行度をさらに高めることが可能となる。とくに、より高い歪感度を持つＸ線トポグラフ像を撮影する必要がある場合に、好適である。
【００３９】
以上、本発明の実施形態に係るＸ線トポグラフィ装置について説明した。本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、微小焦点よりＸ線を放射するＸ線源と、多層膜ミラーとを用いて、試料に入射する入射Ｘ線を扇形ビームとすることによって、Ｘ線が照射される領域における試料の実空間マッピングを可能とするＸ線トポグラフィ装置に広く適用することが出来る。
【符号の説明】
【００４０】
１  Ｘ線トポグラフィ装置、２  Ｘ線源、３  多層膜ミラー、４  光学系、５  試料台、６  Ｘ線検出器、７  第１回転駆動系、８  第２回転駆動系、９  制御解析部、２１  基板、２２  多層膜、２３  重元素層、２４  軽元素層。
【図１】
0005838114.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005838114.tif 000004